рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины
Классы МПК: | F03B3/02 с радиальным потоком на стороне высокого давления и аксиальным потоком на стороне низкого давления, например турбины Френсиса |
Автор(ы): | Никитин Игорь Михайлович (RU) |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение гидравлических машин" (ЗАО "НПО "ГИДРОМАШ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-07-13 публикация патента:
10.07.2006 |
Рабочее колесо (РК) предназначено для использования в радиально-осевых гидротурбинах, устанавливаемых на гидроэлектростанциях или используемых в качестве гидропривода. Устройство содержит размещенные между ободьями лопасти (Л), имеющие цилиндрические поверхности с образующей, возрастающей к оси гидротурбины и параллельной ей. Форма Л РК образована углом наклона скелетной линии профиля Л, переходящим от изменяющегося по линейной зависимости на большей частя профиля Л к неизменному на остальной части, а также выбором параметров РК из следующих соотношений: изменение по линейной зависимости от 1 до 2 на большей части профиля Л соответственно на расстоянии от D1 до 1,01 D2, =const= 2 на остальной части от 1,01 D2 до D2, диапазон возрастания образующей поверхностей Л - от (0,08-0,20)D1 при входе жидкости на РК до (0,15-0,30)D 1 при выходе с него, D2/D1=(0,6-0,73), где D1 - наружный диаметр РК, D2 - внутренний диаметр РК, D2/D1 - относительный диаметр РК, - угол наклона скелетной линии профиля Л, 1 - угол наклона входного элемента скелетной линии профиля Л к окружному направлению, 2 - угол наклона выходного элемента скелетной линии профиля Л. Конструкция РК обеспечивает расширение диапазона использования турбины. 2 ил.
Формула изобретения
Рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины, содержащее размещенные между ободьями лопасти, имеющие цилиндрические поверхности с образующей, возрастающей к оси гидротурбины и параллельной ей, отличающееся тем, что форма лопастей рабочего колеса образована углом наклона скелетной линии профиля лопасти, переходящим от изменяющегося по линейной зависимости на большей части профиля лопасти к неизменному на остальной части, а также выбором параметров рабочего колеса из следующих соотношений: изменение по линейной зависимости от 1 до 2 на большей части профиля лопасти соответственно на расстоянии от D1 до 1,01 D2, =const= 2 на остальной части от 1,01 D2 до D2, диапазон возрастания образующей поверхностей лопастей от (0,08÷0,20)D1 при входе жидкости на рабочее колесо до (0,15÷0,30)D1 при выходе с него, D 2/D1=(0,6÷0,73), где D1 - наружный диаметр рабочего колеса, D2 - внутренний диаметр рабочего колеса, D2/D1 - относительный диаметр рабочего колеса, - угол наклона скелетной линии профиля лопасти, 1 - угол наклона входного элемента скелетной линии профиля лопасти к окружному направлению, 2 - угол наклона выходного элемента скелетной линии профиля лопасти.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к гидротурбинам и может быть использовано применительно к гидроэлектростанциям или в качестве гидропривода различных потребителей энергии.
Известны радиально-осевые насос-турбины, геометрические параметры которых позволяют повысить единичную мощность путем увеличения пропускной способности, при этом КПД остается неизменным (Патент РФ №1258138, F 03 В 3/02, 1985 г.).
Известно также рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины, содержащее размещенные между ободьями лопасти (Авт. свидетельство СССР №450027, F 03 В 3/02, 1972 г.). В данном изобретении для повышении КПД и упрощения технологии изготовления колеса лопасти выполнены в виде цилиндров с образующей, возрастающей к оси турбины и параллельной ей.
Известное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по техническому результату. Однако оно позволяет получить указанные преимущества только в тех случаях, когда приведенное число оборотов гидротурбины лежит в пределах n'I=60÷65 об/мин, а приведенный расход рабочей жидкости Q'I=(0,23÷0,3 м 3/с.
Предлагаемое изобретение является дальнейшим усовершенствованием данного технического решения и позволяет расширить диапазон использования рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины до n'I=50÷75 об/мин и Q' I=0,13÷0,5 м3/с.
Для достижения указанного технического результата форма лопастей рабочего колеса образована углом наклона скелетной линии профиля лопасти, переходящим от изменяющегося по линейной зависимости на большей части профиля лопасти к неизменному - на остальной части, а также выбором следующих параметров рабочего колеса:
изменение по линейной зависимости от 1 до 2, на большей части профиля лопасти соответственно на расстоянии "а-в" от D1 до 1.01 D 2,
=const= 2 на остальной части "в-с" от 1,01 D2 до D2,
диапазон возрастания образующей поверхностей лопастей - от (0,08÷0,20)D1 при входе жидкости на рабочее колесо до (0,15÷0,30)D1 при выходе с него,
D2/D1=(0,60-0,73),
где D1 - наружный диаметр рабочего колеса,
D2 - внутренний диаметр рабочего колеса,
D 2/D1 - относительный диаметр рабочего колеса,
- угол наклона скелетной линии профиля лопасти,
1 - угол наклона входного элемента скелетной линии профиля лопасти к окружному направлению,
2 - угол наклона выходного элемента скелетной линии профиля лопасти.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана схема рабочего колеса в меридиональной проекции, на фиг.2 - вид по "А" фиг.1.
В пространстве, ограниченном ободьями 1 и 2 колеса, размещены лопасти 3, имеющие цилиндрические поверхности с образующей, параллельной оси O-O гидротурбины. Линия 4 является скелетной линией профиля лопасти. Высота лопасти "в" возрастает от в=в0 до в=в2 при уменьшении диаметра расположения элемента лопасти от D1 до D2.
Предлагаемое колесо не уступает обычным радиально-осевым колесам и прототипу с быстроходностью nS=80÷175 по величине площади вращения, ограниченной выходными кромками лопастей.
Экспериментальные исследования гидротурбин с предлагаемым рабочим колесом проводились на крупномасштабных моделях диаметром D1=800 мм и 400 мм. Исследования гидротурбин РО 400/2701÷2705, РО 310/2715÷2722 и РО 230/2711 позволили определить влияние параметров 1, 2, D2/D1, в0 /D1 и в2/D1 на гидравлические качества гидротурбин и определить диапазон изменения параметров, обеспечивающий эффективность применения предлагаемого рабочего колеса.
Класс F03B3/02 с радиальным потоком на стороне высокого давления и аксиальным потоком на стороне низкого давления, например турбины Френсиса